森林生态系统功能形成过程与机理

中国网/中国发展门户网讯 广东省肇庆市境东北部的鼎湖山地处北回归线附近，是中国第一个自然保护区（1956 年建立）所在地，也是唯一隶属中科院的国家级自然保护区，保存有完好的南亚热带地带性森林——南亚热带季风常绿阔叶林以及丰富的过渡植被类型，为森林生态系统演替过程与格局研究及退化生态系统恢复与重建参照提供了天然的理想研究基地，是北回归线上当之无愧的“绿色明珠”。20 世纪 60—70 年代，国际科学联合会（ICSU）组织的国际生物计划（IBP）和联合国教科文组织（UNESCO）人与生物圈（MAB）计划的实施，极大推动了国际生态学的发展。1978 年全国科学大会的召开，更是迎来了中国科学的春天。在此背景下，基于 MAB 计划发起之初确定的 14 个领域中的第一项“日益增长的人类活动对热带和亚热带森林生态系统的生态影响”，中科院华南植物园（原华南植物所）何绍颐教授等老一辈生态学家在鼎湖山自然保护区建立了鼎湖山森林生态系统长期定位研究站（以下简称“鼎湖山站”），开启了热带亚热带森林生态系统长期定位研究工作，旨在通过对自然森林生态系统结构与功能、格局与过程及其对环境变化的响应与适应规律的揭示，为解决国家和地方生态环境保护与资源可持续利用的关键科学与技术问题提供科学支撑，为退化生态系统恢复与重建提供理论依据。 

发现成熟森林土壤可以持续积累有机碳，发展了生态系统碳平衡理论，引领全球成熟森林碳汇功能研究热潮

20 世纪 80 年代，世界气候研究计划（WCRP）和国际地圈生物圈计划（IGBP）相继实施，在世界范围内掀起了全球变化生态学研究的热潮。从1992 年的《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）要求签约国提交温室气体排放量和转化量清单，到 1997 年《京都议定书》进一步强调减少温室气体排放，将温室气体尤其是 CO₂ 排放与国家的经济发展联系起来，促使世界各国在准确评估温室气体排放的基础上，积极致力于寻求减少 CO₂ 排放的各种措施和途径，以及增加 CO₂ 吸存潜力的生态系统管理对策上来。

森林作为陆地生态系统的主体，在减缓大气 CO₂ 浓度升高方面起着至关重要的作用。然而，传统生态系统平衡理论认为，成熟森林生态系统尤其是热带亚热带成熟森林生态系统的碳库是基本平衡的，对全球碳汇的贡献不大，这一传统理论主要基于陆地生态系统生物量增量基本是被呼吸作用所抵消。在这一理论的指导下，有关国际组织和条约以及全球碳平衡估算模型在估算全球碳平衡时，从没有考虑过成熟生态系统的固碳能力。我们认为这一理论可能存在缺陷，即传统理论对生态系统土壤部分的碳，尤其是土壤碳随水文学过程中的迁移、流失和沉积等过程并没有给予足够的重视，这可能是导致全球碳平衡研究存在未知“碳失汇”的原因之一。基于这一创新理念，在中科院重要方向性项目的支持下，通过整合分析鼎湖山站长期定位观测资料（1979—2003年）和实验结果，经过严密论证，获得“成熟森林土壤可以持续积累有机碳”这一重要发现并在国际顶级期刊 Science 上发表，引起巨大反响（图 1）。国际同行认为，该研究结果逐渐剥蚀掉几十年前建立的碳平衡随森林演替的旧理论，从根本上改变了人们对生态系统过程的看法，呼吁建立生态系统非平衡理论框架；该研究令人信服地证明了成熟森林是一个重要的碳汇，这是一个重要的原始创新。Nature 杂志也因此采访了全球多个生态学家，其中瑞典著名生态学家 Günter Hoch 认为，这个发现对整个生态学界是个很大的“惊喜”，将有利于发展中国家环境外交谈判，减轻履行《京都议定书》的压力；就成熟森林对缓解全球 CO₂ 浓度升高作用的争议提供了新的解释，为“碳失汇”去向的揭示提供了新的思路，是一个重大的突破。政府间气候变化专门委员会（IPCC）在 2007 年的报告中指出该论文是全球最不能忽视的 9 篇文章之一。该项成果被评为 2006 年度中国基础研究十大新闻，并引领了一波全球成熟森林碳汇功能研究的热潮。

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